摘要 ：隨著集團(tuán)公司精細(xì)化管理的全面加強(qiáng)以及修舊利廢項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)礦用差壓變送器關(guān)鍵技術(shù)及維修技術(shù)進(jìn)行了分析和嘗試，結(jié)合礦用開關(guān)保護(hù)損壞原因分析和對(duì)差壓變送器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究，提出了部分礦用開關(guān)維修的方法 ；采用仿真軟件仿真研究以及自制差壓變送器測(cè)試電路，對(duì)維修后差壓變送器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，維修效果良好，同時(shí)為以后修舊利廢工作提供了技術(shù)依據(jù)。
1 礦用開關(guān)保護(hù)損壞原因分析
由于煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化程度的逐漸普及，井下供電負(fù)荷、電壓等級(jí)、供電距離等增加，對(duì)于煤礦井下供配電系統(tǒng)的安全性、可靠性、負(fù)荷波動(dòng)抗干擾性、供電連續(xù)要求也越來越高。而因?yàn)槊旱V井下工作環(huán)境較為惡劣，工況穩(wěn)定性差，滴水、潮濕、煤塵瓦斯積聚、冒頂?shù)茸匀灰蛩貙?dǎo)致電氣設(shè)備絕緣下降，容易引起漏電及單相接地等故障。通過調(diào)查分析，礦用防爆類開關(guān)各礦不統(tǒng)一，使用產(chǎn)品型號(hào)較多，且差壓變送器作為易損件，配件儲(chǔ)備不足，故障率普遍較高 ；尤其夏季，由于井下潮濕，工作環(huán)境溫度高、部分區(qū)域通風(fēng)不暢，煤塵積聚較多，容易造成各類差壓變送器的損壞。另外由于很多礦井機(jī)電維護(hù)人員較少，技術(shù)力量偏弱，操作及使用、維護(hù)不當(dāng)，也容易造成差壓變送器損壞 ；再者由于差壓變送器內(nèi)部為電子元器件，受溫度、電磁輻射、運(yùn)輸震蕩、工作環(huán)境灰塵和濕度等影響，容易發(fā)熱，老化，造成保護(hù)故障及元器件受損[1] 。
2 礦用開關(guān)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究
2.1 礦用開關(guān)保護(hù)裝置技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析
礦用差壓變送器技術(shù)發(fā)展大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。地衣階段國內(nèi)普遍采用 DW10 系列斷路器和熱繼電器保護(hù)裝置。第二階段自上世紀(jì) 60 年代采用電子式過電流差壓變送器，這類差壓變送器普遍硬件電路采用模擬數(shù)字電子電路，其控制保護(hù)原理為利用電流互感器采集電流信號(hào)后進(jìn)入整流濾波電路，電流整定后與差壓變送器中整定電路產(chǎn)生的整定值進(jìn)行比較。電流整定電路輸出到斷相檢測(cè)、短路檢測(cè)、過載檢測(cè)等電路，然后輸出的信號(hào)進(jìn)入邏輯或門、與門、反相門等電路觸發(fā)執(zhí)行電路，并驅(qū)動(dòng)開關(guān)脫扣器動(dòng)作，從而使實(shí)現(xiàn)三相不平衡、斷相、過載、欠壓等保護(hù)。電子式差壓變送器普遍存在采樣精度不高，整定精度低，保護(hù)性能差，保護(hù)功能相對(duì)單一，熱保護(hù)特性不穩(wěn)定，容易受環(huán)境溫度、電磁干擾等因素導(dǎo)致差壓變送器頻繁損壞等缺點(diǎn)。第三代差壓變送器為微機(jī)保護(hù)應(yīng)用階段，比如 BKD4-400/1140 (660)、KBZ-400/1140 (660)( 智能 ) 饋電差壓變送器，80/120/200 啟動(dòng)器，400 軟起開關(guān)、局扇雙切開關(guān)用的智能微電子式差壓變送器等。這類差壓變送器多采用單片機(jī)、DSP等微處理芯片作為控制器，具有一定的智能化，很多電路采用軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣、濾波、故障數(shù)據(jù)計(jì)算、非線性校正等，可實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能較為齊全，采樣精度、信號(hào)整定精度以及故障診斷性能較為完善，同時(shí)具有比如工作電壓、各相電流值，故障信息，報(bào)警等信息顯示功能，可通過顯示屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、功能設(shè)置、保護(hù)試驗(yàn)等操作，而且可通過 RS485 等數(shù)據(jù)線與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，初步具有遠(yuǎn)程通信的功能。第四代礦用差壓變送器也是目前較為關(guān)注和研究的焦點(diǎn)，這類差壓變送器具有較為先金的智能通信及控制的特點(diǎn)，普遍采用 CAN、MODBUS、Profibus 總線技術(shù)，差壓變送器采用模塊化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)智能通信網(wǎng)絡(luò)，支持 TCP/IP 等通信協(xié)議，操作界面可支持 WIN10、UNIX 等操作系統(tǒng)，系統(tǒng)具有 MATLAB、Simulink 等軟件仿真功能，采用交換機(jī)可實(shí)現(xiàn)地面工業(yè)集中控制�，F(xiàn)代智能礦用差壓變送器具有更加精que的控制保護(hù)功能，實(shí)時(shí)在線故障自診斷功能以及良好的仿真測(cè)試、人界界面、地面監(jiān)控和報(bào)警等智能化、集成化、信息化特點(diǎn)，技術(shù)應(yīng)用較為廣泛[2] 。圖 1 給出某種煤礦用智能開關(guān)嵌入式差壓變送器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
2.2 礦用饋電開關(guān)微機(jī)差壓變送器關(guān)鍵技術(shù)
如圖 2 所示，礦用低壓饋電開關(guān)智能微機(jī)式差壓變送器主要有故障采樣電路、電流變送器、光電隔離電路、多路模擬開關(guān)電路、放大器、A/D 轉(zhuǎn)換電路、CPU 芯片、顯示器 / 報(bào)警電路、開關(guān)控制電路、通信電路等構(gòu)成，在煤礦井下低壓供配電系統(tǒng)中對(duì)控制回路中的短路、過載、過壓、漏電等故障實(shí)現(xiàn)保護(hù)。差壓變送器通過電流 / 電壓互感器將主電路電流、電壓送入差壓變送器檢測(cè)電路，檢測(cè)單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理后輸入主控制芯片，經(jīng)芯片邏輯控制單元分析判斷后，發(fā)出信號(hào)控制執(zhí)行電路進(jìn)行動(dòng)作。同時(shí)把實(shí)時(shí)處理信號(hào)傳送到顯示器或報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)顯示線路參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)，一旦出現(xiàn)故障進(jìn)行報(bào)警和執(zhí)行故障停機(jī)。差壓變送器動(dòng)作后把故障記憶并自鎖，避免開關(guān)在故障狀態(tài)下重啟，當(dāng)故障排除后，可人工按復(fù)位按鈕解除自鎖，差壓變送器重啟并自檢。在正常運(yùn)行或故障保護(hù)狀態(tài)下，保護(hù)
器可通過通信電路實(shí)時(shí)傳送工作運(yùn)行參數(shù)以及故障狀態(tài)到上位機(jī)。
器可通過通信電路實(shí)時(shí)傳送工作運(yùn)行參數(shù)以及故障狀態(tài)到上位機(jī)。（1）信號(hào)采集電路
饋電開關(guān)信號(hào)采樣電路主要實(shí)時(shí)對(duì)低壓電網(wǎng)回路中電壓（0-1v）、三路電流（0-20mA）、負(fù)序 / 零序漏電、短路等模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)回路中可能存在的故障進(jìn)行判斷。信號(hào)采樣電路如圖 3 所示。
（2）信號(hào)調(diào)理電路
采集電路獲得的模擬信號(hào)通過 A/D 轉(zhuǎn)換成為 0-5V 電壓信號(hào)，通過 L 濾波、運(yùn)算、放大后送入微處理器（CPU）。并進(jìn)行信號(hào)放大以及 A/D 轉(zhuǎn)換處理。
假設(shè)計(jì)算電壓＜ 0.75 倍 ( 額定電壓 ) 時(shí)，CPU 輸出信號(hào)到顯示器顯示欠壓故障 ；假設(shè)計(jì)算三相電流結(jié)果任何一相＞ 8 倍 ( 額定電流 )，顯示器顯示短路故障，CPU 迅速在200ms 內(nèi)發(fā)出執(zhí)行信號(hào)，自動(dòng)斷開饋電開關(guān)斷路器控制電源 ；如果電流任何一相＞ 1.2 倍以上時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)反時(shí)限控制電路，顯示器顯示過載故障，并迅速斷開開關(guān)電源[3] 。
系統(tǒng)顯示接口電路如圖 4所示 TC1602EL液晶模塊與 AT89C52 接口電路的接線圖。采用液晶屏顯示模塊，具有微功耗、空間小、顯示清楚、人界界面操作方便等優(yōu)點(diǎn)。TC1602EL 的 D0-D7 接口分別與接口控制芯片的 P0.0-P0.7 連接，控制芯片的 P2. 2、P2. 3、P2. 4 口分別與RS、RW、E 接口連接。
（4）驅(qū)動(dòng)輸出電路
圖 5 驅(qū)動(dòng)電路中，當(dāng)饋電回路中出現(xiàn)短路、漏電、斷相、欠壓 / 失壓等故障狀態(tài)時(shí)，根據(jù)設(shè)定的故障動(dòng)作時(shí)限值，微機(jī)CPU 輸出掉電保護(hù)指令到 CPU 的 P2.5 口（高電平轉(zhuǎn)換為低電平），驅(qū)動(dòng)饋電開關(guān)中間繼電器輔助電源節(jié)點(diǎn)，中間繼電器掉電后，斷開斷路器控制電源，斷路器脫扣，切斷故障電源。
由于煤礦井下設(shè)備較多，高壓電纜等產(chǎn)生的電磁干擾容易應(yīng)影響差壓變送器等電子電路的正常工作，因此需要增加光電隔離模塊，增加設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。
2.3 饋電開關(guān)軟件應(yīng)用及仿真技術(shù)
微機(jī)式差壓變送器通過軟件shou先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，對(duì)主控芯片（CPU）內(nèi)部的 RAM、寄存器、定時(shí)器、I/0 接口、堆棧指針、外部擴(kuò)展芯片等進(jìn)行資源分配和優(yōu)化處理，并對(duì)通信接口進(jìn)行設(shè)置。一般設(shè)置定時(shí)器 T1 作為波特率發(fā)生器作為 CPU 串行口波特率 ；選擇定時(shí)器模式 T2 時(shí)，設(shè)置為 ：波特率 =96000，SMOD=1，初值 =OFDH [4] 。在設(shè)計(jì)及維修時(shí)，需要采用仿真技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真測(cè)試。本文采用具有程序設(shè)計(jì)靈活、編程效率高、圖形功能強(qiáng)大的 MATLAB 及 Simulink 軟件對(duì)故障暫態(tài)過程進(jìn)行仿真計(jì)
算。如圖 6 所示短路故障仿真實(shí)現(xiàn)[5] 。圖 6 中設(shè)置線路、異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、仿真電壓電流示波器、變量存儲(chǔ)等電路模塊。通過仿真示波器對(duì)電流、電壓信號(hào)等變量波形自動(dòng)顯示，仿真測(cè)試數(shù)據(jù)可直接運(yùn)用 MATLAB 函數(shù)、命令、工具箱等進(jìn)行仿真結(jié)果分析、存儲(chǔ)等。
算。如圖 6 所示短路故障仿真實(shí)現(xiàn)[5] 。圖 6 中設(shè)置線路、異步電動(dòng)機(jī)、變壓器、仿真電壓電流示波器、變量存儲(chǔ)等電路模塊。通過仿真示波器對(duì)電流、電壓信號(hào)等變量波形自動(dòng)顯示，仿真測(cè)試數(shù)據(jù)可直接運(yùn)用 MATLAB 函數(shù)、命令、工具箱等進(jìn)行仿真結(jié)果分析、存儲(chǔ)等。3 維修試驗(yàn)與測(cè)試
差壓變送器維修完成后，需要對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，通過差壓變送器在開關(guān)合閘前和合閘后的試驗(yàn)，判斷差壓變送器維修的成功與否。測(cè)試電路采用單片機(jī)#小控制系統(tǒng)，主要由 A/D 轉(zhuǎn)換電路，顯示屏 / 輔助硬件電路構(gòu)成。如圖 7 所示。
根據(jù)測(cè)試結(jié)果，當(dāng)信號(hào)正確時(shí)，差壓變送器的顯示屏上顯示“Lou Dian Bi Suo OK!!” 當(dāng)信號(hào)不正確時(shí)，顯示器顯示故障類型“Lou Dian Bi Suo ERROR!!”此時(shí)需要進(jìn)一步分析原因，判斷故障，對(duì)差壓變送器硬件電路進(jìn)行分析、處理、找出故障點(diǎn)后進(jìn)行排除，再進(jìn)行測(cè)試。
4 結(jié)論
隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，礦用差壓變送器逐漸采用更為先金的控制芯片以及具有更加智能的通信和在線監(jiān)測(cè)，智能故障報(bào)警、集中控制等功能。為了節(jié)約成本，降低企業(yè)材料費(fèi)用，積極開展了饋電智能差壓變送器、電動(dòng)機(jī)綜合差壓變送器等部件的維修工作，通過研究關(guān)鍵技術(shù)及仿真、維修測(cè)試，掌握了一定的維修技術(shù)，同時(shí)培養(yǎng)了部分機(jī)電維修技術(shù)人員，切實(shí)的解決了許多技術(shù)難題，增加了修舊利廢的社會(huì)效果和經(jīng)濟(jì)效益。
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